python代码是如何执行的？

2024-09-08 13:56:24

解释运行程序

回忆上次内容

py 文件的程序是按照顺序
- 一行行挨排解释执行的
- 我们可以 python3 -m pdb hello.py 来对程序调试
- 调试的目的是去除 bug
- 别害怕 bug
- bug 会有提示
- 我们也就知道如何 debug 调试
顺序执行
- 程序在文本中从上到下是一行行写的
- 调试的时候也是从头到尾一行行执行的
- 但是执行的时候是如何把代码一行行解释执行的呢？
说到底 python3 到底是个啥呢？
- python3 又是怎么解释 hello.py 的？
- 这两这节课相当复杂
- 如果感觉太过复杂
- 可以直接跳过
- 不影响后面的理解
我们先要看看python3对Guido.py做了些什么？？？

tokenize

首先把字符分组成词
词法分析(lexical analysis)中

编辑

把原来的字符流
变成了词的流
- token(令牌)流

编辑

词法分析之后输出的是一个token流
什么是token流呢？
- 首先要知道什么是token

token

token
- 令牌

编辑

古人说听我号令
- 号指的是号角
- 令指的是令牌
  - 急急如律令
  - 令行禁止
怎么把源文件变成一个token流呢？

python3模块

这个东西是python3的一个模块

正在上传…重新上传取消

具体怎么运行呢？

token流

我们尝试运行
- python3 -m tokenize guido.py
- 对guido.py进行词法分析
分析出来的词(token)流长什么样子呢？

编辑

这个词怎么理解呢？

token流

第0行设置了编码格式
第1行[0,5)字符是第1行第1个token
- print
- print是一个Name(名字)
第1行[5,6)字符是第1行第2个token
- (
- (是一个Operator(操作符)
第1行[6,30)字符是第1行第3个token
- "1982------Guido in cwi"
- 这是一个String(字符串)
第1行[30,31)字符是第1行第4个token
- )
- )是一个Operator(操作符)
第1行[31,32)字符是第1行第5个token
- \n
- \n是一个NewLine(换行符)
- 换行符意味着第一行结束
第2行...

编辑

词分析出来之后呢？

组词

词分析出来就是怎么组词的问题
- 哪些词和哪些词先组合
- 哪些词和哪些词后组合
生成一棵抽象语法树
- AST(Abstract Syntax Tree)

编辑

具体怎么生成这棵ast树呢？

引入ast模块

编辑

具体怎么做呢？

流程

先把这个ast模块导入(import)进来
然后读取guido.py并送到s
然后对于s进行语法分析(parse)

编辑

不过这乱七八糟堆一起怎么理解呢？

缩进换行

把分析的结果进行dump(转储)

编辑

目前lanqiao.cn上面的python是3.8
这个换行需要在3.9以上完成
只能在本地演示一下

缩进演示

编辑

这个就是把词组成语法树的样子
但是语法树还不能直接执行
什么才能直接执行呢？

翻译成字节码

字节码(指令)才能真正执行
怎么把ast转化为字节码(指令)呢？
需要编译
从一种语言到另一种语言
- 从py文件
- 到字节码(指令)

编辑

我可以看看这个编译过程么？

compile

编辑

编辑

这个东西完全是乱码
我看不懂啊？
vi打开这个这个pyc文件

二进制形态

:set wrap设置换行

编辑

可以看到他的二进制形态么？

二进制

:%!xxd
- 把文件转化为二进制

编辑

实在是看不懂啊
能把这个字节码(指令)变成我们人能看懂的么？

反编译

disassembler这个词由两部分组成
- dis (反着来的)
- assembler (汇编语言)
整体就是
- 把py源文件编译成的字节码(指令)
- 反编译(disassembler)成这些字节码对应的助记符(指令的含义)

编辑

这可以用么？
去试试！

反编译(dis)

python3 -m dis guido.py

编辑

我们可以看见
- 前面是行号
- 每行对应4条指令
  - LOAD_NAME 装载函数名
  - LOAD_CONST 装载参数
  - CALL_FUNCTION 调用函数
  - POP_TOP 弹栈返回
- 每条指令对应一个字节码
那具体这个LOAD_NAME是什么意思呢？

指令

指令对应着一个字节码状态

编辑

但是LOAD_NAME这条指令
具体对应什么二进制字节状态呢？

二进制状态

编辑

我们找找程序中的4条指令对应的字节状态

4条指令

指令助记符	指令含义	十进制状态	十六进制状态
LOAD_NAME	装载函数名称	101	0x65
LOAD_CONST	装载参数	100	0x64
CALL_FUNCTION	调用函数	142	0x8e
POP_TOP	弹栈返回	1	0x01

可以找到源代码的对应关系么？

编辑

好像找到了
但是0x83 对应的是 GET_AWAITABLE
显然00 83是从表中的0号位置取得字符串变量
01 83是从表中的1号位置取字符串
以此类推，直到05 83
那这些代码究竟是什么指令集的呢？
- 龙芯
- intel
- 还是arm呢？

虚拟机的虚拟cpu

这些字节码(bytecode)对应的是python虚拟机上面虚拟cpu的指令集

编辑

怎么还有虚拟机
虚拟cpu呢？
我们先把这节课总结一下

总结

我们把python源文件
- 词法分析得到词流(token stream)
- 语法分析得到抽象语法树(Abstract Syntax Tree)
- 编译得到字节码 (bytecode)
- 反编译得到指令文件

编辑

不过这个指令文件是基于虚拟机的虚拟cpu的指令集
怎么这么虚呢？
我们下次再说

本文章来自于《oeasy教您玩转python》(https://www.lanqiao.cn/courses/3584)中第6个实验。

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